摘 要 隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖模式的改進，循環(huán)水利用的生態(tài)處理技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用，人工濕地在水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水循環(huán)利用方面具有獨特的優(yōu)勢。通過對相關(guān)研究文獻的綜述和分析，總結(jié)了人工濕地處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的現(xiàn)狀和問題，并提出了人工濕地提質(zhì)改造技術(shù)對策，解決了傳統(tǒng)人工濕地處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的局限性問題，為提高凈水效率提供了科學指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 循環(huán)水養(yǎng)殖；人工濕地；氮磷；水質(zhì)凈化

中圖分類號：X171 文獻標志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.07.024

我國水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模大，集約化水平高，其所產(chǎn)生的污水和生態(tài)環(huán)境問題日益突出，污水處理問題亟待解決。在日益增長的市場需求下，水產(chǎn)行業(yè)加大養(yǎng)殖密度以提高產(chǎn)量，其水資源利用模式已成為影響水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要因素。人工濕地技術(shù)作為生態(tài)型的凈水技術(shù)，結(jié)合物理、化學、生物三大技術(shù)，仿自然濕地構(gòu)建的人工生態(tài)系統(tǒng)具有強化氮磷去除功能，在循環(huán)水利用處理方面具有獨特的優(yōu)勢，有利于水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的發(fā)展，既滿足集約化生產(chǎn)又能減少環(huán)境污染、節(jié)約用水，符合可持續(xù)發(fā)展理念，成為循環(huán)水養(yǎng)殖廢水的重要生態(tài)化處理技術(shù)[1-2]。對“人工濕地”和“水產(chǎn)養(yǎng)殖”進行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析（見圖1），發(fā)現(xiàn)人工濕地是生態(tài)養(yǎng)殖廢水凈化的熱點方向，是養(yǎng)殖行業(yè)優(yōu)選的凈水技術(shù)，有助于減輕水體富營養(yǎng)化。同時，本技術(shù)在處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的過程中也容易出現(xiàn)堵塞、凈水效率低等技術(shù)問題，基于“人工濕地”和“水產(chǎn)養(yǎng)殖”的文獻分析，關(guān)鍵詞共現(xiàn)顯示植物、微生物及增氧等方面的內(nèi)容比較熱點，這些也是人工濕地技術(shù)運行和應(yīng)用的關(guān)鍵影響因素，因此解決人工濕地處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水存在的問題，需要對這些要素進行提質(zhì)改造，才有助于促進水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展和水資源的可持續(xù)利用，才能為水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的處理及循環(huán)利用提供科學的理論依據(jù)。

1 "人工濕地凈化循環(huán)水養(yǎng)殖廢水的優(yōu)勢

1.1 "循環(huán)水養(yǎng)殖廢水的特點

循環(huán)水養(yǎng)殖的水體具有氮磷含量高、有機物含量大、懸浮物含量大且粒徑小、生化性良好等特點，對水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水進行有效的治理已成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展亟待解決的問題。相比傳統(tǒng)的流水養(yǎng)殖模式，循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)要求具有更加環(huán)保綠色的水處理方式，讓養(yǎng)殖水能循環(huán)使用。循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中因為飼料、魚餌和化學藥物的大量排放，導(dǎo)致循環(huán)水養(yǎng)殖廢水中有機物含量高、懸浮物多、色度較深、pH值偏高，并伴有養(yǎng)殖產(chǎn)生的大量細菌和一些重金屬物質(zhì)，大量養(yǎng)殖動物的排泄物也排入水中，導(dǎo)致養(yǎng)殖廢水中氨氮含量較高。

1.2 "人工濕地對氮磷的去除機理

1.2.1 "人工濕地脫氮機理

在養(yǎng)殖廢水中氮主要以氨氮、有機氮、亞硝酸鹽及硝酸鹽的形式存在。在脫氮過程中，部分的氮元素可以被植物吸收轉(zhuǎn)換而去除，相比于生物脫氮，傳統(tǒng)基質(zhì)的主要作用是作植物生長的載體。微生物在人工濕地脫氮中起著重要作用，通過氨化、硝化、反硝化、厭氧氨氧化、硫自養(yǎng)反硝化和同步硝化反硝化等過程實現(xiàn)氮的去除。在硝化和反硝化工藝方面，陳均利等從人工濕地底泥中篩選到高效硝化反硝化WT14，在溶解氧為0.5 mg·L-1條件下，其對TN的去除率達97.6%[3]。

1.2.2 "人工濕地除磷機理

磷主要以無機磷酸鹽、聚合磷酸鹽和有機磷酸鹽等形式存在于養(yǎng)殖污水中，人工濕地對磷的去除是通過濕地植物吸收、基質(zhì)吸附過濾和微生物轉(zhuǎn)換三者相結(jié)合的作用，與脫氮不同的是，基質(zhì)對磷的吸附和過濾作用較大。燕紅等探究了土壤、爐渣、礫石、礫石+土壤4種基質(zhì)在不同水力停留時間下的凈化效果，結(jié)果表明，4種基質(zhì)對TN、TP的平均去除率高達90%[4]?？梢娫谌斯竦厝コ椎倪^程中，基質(zhì)起著至關(guān)重要的作用。

1.3 "人工濕地用于循環(huán)水養(yǎng)殖廢水處理的進展

人工濕地可以有效去除的污染物主要有氮、磷和低濃度有機物及懸浮物，利用植物及微生物組成的人工濕地系統(tǒng)，可以實現(xiàn)大部分營養(yǎng)鹽的去除。人工濕地的選擇類型多樣，其凈化性能各有優(yōu)勢，比較人工濕地類型及其性能的相關(guān)性不難發(fā)現(xiàn)復(fù)合型的人工濕地處理性能明顯優(yōu)于單一的類型（見表1）。因此，復(fù)合型人工濕地得到了發(fā)展，將不同類型的濕地相互結(jié)合，取長補短，形成良好的協(xié)同效應(yīng)，以達到更好的水質(zhì)凈化和生態(tài)修復(fù)效果[1]。常見的簡單復(fù)合型人工濕地組合多為水平潛流濕地和垂直潛流濕地組合、或多個垂直潛流型濕地組合，可以改善傳統(tǒng)人工濕地的去污能力，提高人工濕地系統(tǒng)的去污效率。濕地對污染物具有不同的適應(yīng)性，復(fù)合型人工濕地技術(shù)可以適應(yīng)不同類型和濃度的廢水處理需求。此外，復(fù)合型人工濕地技術(shù)還可以提供較高的水質(zhì)穩(wěn)定性和抗沖擊負荷能力，適用于不穩(wěn)定或波動性較大的廢水處理情況。

2 "人工濕地凈化水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中的主要問題及對策

盡管人工濕地已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水治理中，但運行過程中也存在問題。首先是占地面積大。傳統(tǒng)人工濕地系統(tǒng)如水平流型人工濕地的凈水效率與面積關(guān)系很大，為了提高凈水效能，需要大量的占地面積，這在一定程度上加劇了農(nóng)田和池塘用地的矛盾，提高了水產(chǎn)養(yǎng)殖戶租借成本，也不利于養(yǎng)殖規(guī)模的發(fā)展。其次是容易堵塞。由于水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中存在大量的懸浮飼料等有機物，濕地基質(zhì)難以過濾和分解高濃度有機物，導(dǎo)致濕地系統(tǒng)堵塞。另外對濕地的投料不恰當也容易引起濕地管道的堵塞，降水等外界因素導(dǎo)致進水的水力負荷過大，也引起濕地床體的堵塞。為此，應(yīng)該針對性地解決人工濕地技術(shù)的關(guān)鍵問題，才能延長濕地壽命，提高凈化效率。其主要措施有：

1）提高單位面積的凈水效率，降低人工濕地的占地面積，從而降低成本投入。復(fù)合型的人工濕地可以有效減少占地面積，多工藝組合如生物濾池加人工濕地也具有較好的效果[11]。陳智等設(shè)計了兩組復(fù)合垂直流人工濕地，雖然占地面積小，但其廢水凈化效果能達到可排放標準[12]。

2）解決濕地的堵塞問題。廢水預(yù)處理和濕地基質(zhì)的合理選用是緩解濕地堵塞的重要方式。第一步，強化預(yù)處理技術(shù)。傳統(tǒng)污水預(yù)處理措施的沉淀池、化糞池等效率低下，加入新型預(yù)處理工藝，如“之”字沉淀池、生物絮凝池等可以提高處理效果，減輕人工濕地的負荷。第二步，嚴選填料。填料基質(zhì)粒徑的大小、種類對濕地堵塞有一定的影響，曾磊等在濕地堵塞的研究中提出在滿足出水水質(zhì)的條件下，盡量選擇粒徑大、孔隙率高的基質(zhì)，增大基質(zhì)的滲透性，可以在一定程度上有效緩解基質(zhì)堵塞[13]。第三步，運行方法。增加養(yǎng)殖廢水中溶解氧的含量，可以使基質(zhì)持續(xù)處于好氧狀態(tài)，提高微生物的活性和代謝能力，加快微生物對廢水中聚合物的降解，也可以有效預(yù)防堵塞。孫文章等研究了曝氣對潛流人工濕地堵塞過程的控制效果，利用系統(tǒng)水頭損失大小直接反映濕地的堵塞情況，結(jié)果表明，曝氣人工濕地系統(tǒng)的水頭損失明顯低于未曝氣系統(tǒng)，說明曝氣能夠?qū)θ斯竦氐亩氯F(xiàn)象起到一定的延緩作用[14]。

3 "人工濕地生態(tài)功能的調(diào)控措施

人工濕地系統(tǒng)由濕地生物、濕地基質(zhì)和介質(zhì)幾方面組成，提升人工濕地系統(tǒng)的效能需要從濕地生態(tài)系統(tǒng)的角度全方位進行。

3.1 "濕地基質(zhì)的改良

一方面基質(zhì)可以通過吸附、沉淀和過濾等理化作用直接去除污染物，是人工濕地的重要組成部分，在潛流人工濕地中占主體地位，同時又是生物的載體，對廢水凈化影響更大?；|(zhì)特性對污染物的過濾、吸附能力和生化反應(yīng)性能存在差異，基質(zhì)表面孔狀結(jié)構(gòu)對廢水的凈化效果存在影響。人工濕地常用的基質(zhì)是一些未加工改性的天然材料，如土壤、細河沙和礫石等，這類基質(zhì)易吸附飽和，可能造成脫氮除磷效果不理想，凈化效率低。改良基質(zhì)類型，延長基質(zhì)的壽命，降低污水處理效能是提高人工濕地生態(tài)修復(fù)能力的重要方向。目前有研究表明，新型的合成基質(zhì)如生物活性炭不僅對氮、磷污染物有很強的吸附能力，還不易造成濕地系統(tǒng)的堵塞，是比較有前景的新型基質(zhì)。許巧玲等研究表明，添加了生物炭的人工濕地要比未添加生物炭的人工濕地凈化效果更好[15]。另一方面，基質(zhì)是植物和微生物生長的依附介質(zhì)，其表面形成的微生物膜的形狀和形態(tài)影響著生物的凈水能力。郝益婷等研究表明，在添加玉米秸稈生物炭、工業(yè)葡萄糖及玉米秸稈粉為碳源后濕地對TN的去除率可達98%[16]。同時，發(fā)現(xiàn)蚯蚓與生物活性炭在凈化N、P和重金屬方面有協(xié)同作用，所以采用蚯蚓與生物活性炭的聯(lián)合基質(zhì)也有很好的凈水效果。

3.2 "生物的合理配置

1）水生植物在廢水處理中發(fā)揮著重要的作用。水生植物的根系不但有過濾顆粒污染物作用，還可以吸收和降解水中的氮磷污染物、有機物及重金屬，降低水體中污染物的濃度，緩解水體富營養(yǎng)化的問題。水生植物根系還可以聚集微生物形成微生物群，為水體中微生物提供住所。在水生植物選擇方面，應(yīng)選擇凈水效果好、生命力較強、根系面積廣的水生植物。植物根系面積廣有助于微生物的棲息和聚集，易在根部形成微生物群落，對水體污染物產(chǎn)生很好的吸附和吸收作用，可以更有效地凈化水體。于魯冀等研究發(fā)現(xiàn)，采用挺水植物+浮水植物+沉水植物三類混合搭配模式對COD的去除率為55.63%，對TN的去除率為64.65%，對氨氮的去除率為81.21%，對TP的去除率97.98%，且有58.78%的復(fù)氧率[17]，此組合凈水的總體效果最好。綜合已有研究發(fā)現(xiàn)，對水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水凈化效果較好的植物有黃菖蒲、鳳眼蓮、香根草、葉輪黑葉、水蕹菜等（見表2）。

2）微生物的選擇及作用。微生物通過分解有機物、降解有毒物質(zhì)和去除污水中的營養(yǎng)物質(zhì)達到污水凈化。微生物通過硝酸還原、硝化脫氮、厭氧除磷等過程將水體過剩的營養(yǎng)物質(zhì)除去，從而降低廢水中營養(yǎng)物質(zhì)的濃度。應(yīng)用于污水處理當中的微生物菌類有厭氧菌、好氧菌、真菌、綠藻和藍藻，厭氧菌和好氧菌主要用于脫氮除磷；真菌主要用于降解難以消化的有機物質(zhì)；藻類則利用光合作用降解有機物。微生物的選擇要根據(jù)具體廢水組成和水質(zhì)的要求來選擇和培養(yǎng)。趙可歆等研究人工濕地中試系統(tǒng)中主要優(yōu)勢的菌門均為變形菌門、酸桿菌門、綠彎菌門、厚壁菌門和放線菌門，變形菌門是在濕地細菌群落中含量很高的類群，是濕地系統(tǒng)的優(yōu)勢菌群，在濕地系統(tǒng)中對TN的去除起到重要的作用[22]。

3）完善生物群落結(jié)構(gòu)，構(gòu)建生物生態(tài)體系，提高生物的代謝能力。1）人工濕地構(gòu)建的生物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響著濕地的生態(tài)修復(fù)能力。生物鏈的完善有助于提高生態(tài)系統(tǒng)免疫力，濕地植物的老化會造成濕地表層透水性降低，不利于微生物的培養(yǎng)和凝聚，會降低微生物對水體污染物的吸附和吸收效果，構(gòu)建合理的植物-微生物組合體系是提高人工濕地壽命的重要方式。2）增加消費者的類型。濕地動物的培養(yǎng)和馴化有助于提高濕地的代謝功能[16]，為此，增加蚯蚓等動物類型，促進生物鏈的完整可以提高人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的功能。

4 "結(jié)語

助力水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展，亟待提高養(yǎng)殖廢水的循環(huán)利用，而人工濕地具有投資、維護和運行成本低，二次污染少等優(yōu)點，既能凈化污水，又能產(chǎn)生經(jīng)濟、社會、生態(tài)效益，應(yīng)用于循環(huán)水養(yǎng)殖廢水的凈化和處理具有技術(shù)優(yōu)勢。采用人工濕地提質(zhì)改造技術(shù)對人工濕地的類型、基質(zhì)投料、植物和微生物進行改造升級，提高人工濕地整體對水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水污染物的去除能力和效率，建立快速排放的水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水適配的人工濕地系統(tǒng)，可以緩解我國水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水污染問題，踐行可持續(xù)發(fā)展的政策。

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（責任編輯：易 "婧）